Titanyum Isıtıcı 80 Derecedeki Mükemmel Performansına Rağmen Neden 120 Derecenin Üstündeki Sıcaklıklarda Fosforik Asidi Isıtmak İçin Uygun Değildir?

Gübre üretimi, metal işleme veya gıda işleme gibi fosforik asit hizmeti için titanyum daldırma ısıtıcı belirleyen bir proses mühendisi için, 2. Sınıf titanyumun performansı büyük ölçüde 80 derece ile 120 derece arasında değişir. Titanyum, 80 derecede %30-40 konsantrasyona kadar fosforik asitte olağanüstü korozyon direnci ve 0,05 mm/yıl'ın altında korozyon oranları sergiler. Ancak seyreltik fosforik asitte (%10-%20) 120 derecede bile korozyon hızı 0,5-2,0 mm/yıl'a çıkar; bu da 10 ila 40 kat artış anlamına gelir. Bu hızlı hızlanma, koruyucu Ti02 pasif kaplamanın yüksek sıcaklıklarda, özellikle florür safsızlıklarının veya indirgeyici koşulların varlığında fosforik asit içinde çözünür hale gelmesi gerçeğine atfedilir. Bu sıcaklık sınırının bilgisi mühendisin yüksek sıcaklıkta fosforik asit hizmeti için alternatif malzemeleri (tantal, zirkonyum veya yüksek silikonlu demir) seçmesine olanak tanır.

Sıcak Fosforik Asitte Titanyum Korozyon Mekanizması
Fosforik asit (H3PO4) hafif, -oksitleyici olmayan bir asittir. Sülfürik veya hidroklorik asitten farklı olarak titanyum pasif filmini sürdürmek için önemli bir katodik reaksiyon oluşturmaz. 80 derecenin altındaki sıcaklıklarda TiO2'nin fosforik asit içindeki çözünürlüğü düşüktür ve dolayısıyla pasif film stabildir. 100 derecenin üzerinde çözünürlük hızla artar. TiO₂ + 4H⁺ + 4H₃PO₄ → Ti(HPO₄)₂·2H₂O + 2H₂O reaksiyonu artan bir hızla ilerliyor. Titanyum fosfat korozyon ürünü koruyucu değildir ve genellikle çamur halinde çökelerek taze metali sürekli saldırıya maruz bırakır. Ek olarak, ticari fosforik asit, titanyum iyonlarını kompleksleştirerek ve yeniden pasivasyonu engelleyerek titanyumun korozyon oranını daha da artıran florür yabancı maddeleri (fosfat kayasından) veya sülfat yabancı maddeleri (ıslak-işlem imalatından) içerir.

Fosforik Asitteki Titanyumun Sıcaklığa Bağlı Korozyon Hızı - Niceleme
Fosforik Asit Konsantrasyon Sıcaklığı (derece) Grade 2 Titanyumun Korozyon Oranı (mm/yıl)Uygunluk Önerilen Alternatif
%10 80 0.02–0,05 Mükemmel Hiçbiri gerekli değil
%10 100 0.10-0.20 Marjinal Yakından İzleyin %10 120 0.50-1.00 Zayıf Tantal veya zirkonyum
%30 80 0.03-0.08 Mükemmel Gerekli değil
%30 100 0.15 - 0.30 Marjinal Derece 7 yükseltme %30 120 0.80 - 2.00 Uygunsuz Tantal %50 80 0.05 - 0.15 Kabul Edilebilir Derece 7 önerilir %50 100 0.30 - 0.80 Zayıf Tantal veya zirkonya
%50 120 2.00–5,00 Uygun Olmayan Tantal %85 (konsantre) 80 0.10–0,30 Marjinal Derece 7 gerekli %85 100 1.00–3,00 Uygun Olmayan Tantal veya grafit
Fosforik Asit Isıtıcılarının Seçimi İçin Senaryo-Temelli Kılavuz
Uygulama ve Kullanım KoşullarıTitanyum Uygunluğu Önerilen Malzeme Sınıf 2 ile Beklenen Ömür (kullanılıyorsa)
Fosforik asitin depolanması (ortam, 25 derece) Mükemmel 2. Sınıf titanyum 20+ yıl
Fosforik asit, %10 seyreltilmiş (70 derece)Sınıf 2 titanyum Mükemmel 15-20 yıl
Seyreltik fosforik asit (%10, 100 derece) Kenar Derece 7 titanyum veya duvar kalınlığı 1,5 mm 3-5 yıl Yıllık inceleme ile Derece 2
Seyreltik fosforik asit (%10, 120 derece) Uygun olmayan Tantal veya zirkonyum < 1 yıl (Sınıf 2)
Islak proses fosforik asit (%30, 80 derece, florürler) Zayıf Zirkonyum veya grafit < 2 yıl (Sınıf 2)
Fosforik asit (%85, 80 derece) Konsantre Marjinal Derece 7 titanyum veya tantal 2–4 yıl (Sınıf 2)
Oksitleyici yabancı maddeler içeren fosforik asit (Fe3+, HNO3) OK ila 100 derece 2. Sınıf titanyum Oksitleyiciler pasif filmi stabilize eder, menzili artırır
Safsızlıkları azaltan fosforik asit (H2, sülfürler) 60 derecenin üzerinde uygun değildir Zirkonyum veya tantal Düşük koşullarda saldırı hızlanır
Orta sıcaklıktaki fosforik asit (90-110 derece) için mühendislik azaltımları
Kenar bölgedeki çalışma sıcaklığı (90-110 derece) ve ısıtıcının tantal ile değiştirilmesinin pratik olmadığı durumlarda, Grade 2 titanyumun ömrünü uzatabilecek birçok hafifletme yöntemi vardır. Buna karşı koymanın en iyi yolu fosforik asite bir oksidan eklemektir (100–200 ppm Fe3+ veya 50 ppm hidrojen peroksit). Oksitleyiciler, korozyon potansiyelini pasif bölgeye yönlendirir ve korozyon oranlarını-100 derecede 5 ila 10 kat arasında büyük ölçüde azaltır. İkinci bir azaltım ise Grade 7 titanyuma (Ti-%0,15 Pd) yükseltmedir. Paladyumun dahil edilmesi, korozyon potansiyelini daha asil değerlere kaydırır ve Derece 7, 120 derecede %30 fosforik asitte, 0,1 mm/yıl'dan daha düşük korozyon oranlarıyla kullanılabilir. Üçüncü bir hafifletme yöntemi ise fosforik asit içeriğini azaltmaktır. İşletme asit konsantrasyonunun %30'dan %20'ye düşmesiyle 100 derecede korozyon oranı %50-70 oranında azalır.

Sonuç Titanyum 120 derece ve üzeri fosforik asit için uygun değildir
2. sınıf titanyum, düşük konsantrasyonlarda (%10-20) bile fosforik asidi 120 derecenin üzerinde ısıtmak için uygun değildir. Titanyum, 80 derecede %50'ye varan fosforik asit konsantrasyonlarında yılda 0,08 mm'nin altındaki oranlarda korozyona uğrayacaktır. TiO2'nin sıcak fosforik asit içindeki çözünürlüğü sıcaklıkla birlikte üstel olarak artar. Örneğin, aynı malzeme 120 derecede 0,5 ila 2,0 mm/yıl hızla paslanır, bu da 10 ila 40 kat artış anlamına gelir. Fosforik asidin 100 derecenin üzerinde ısıtılmasını gerektiren uygulamalar için, Grade 7 titanyum (paladyum alaşımlı), kullanışlı aralığı 110-120 dereceye kadar genişletir. Tantal veya zirkonyum ısıtıcılar 120 derecenin üzerinde gereklidir. 80 derecenin üzerindeki fosforik asit servisi için tedarikçiye, uygun malzeme seçimine izin vermek ve erken arızayı önlemek amacıyla spesifik asit konsantrasyonu, maksimum sıcaklık ve florür veya oksitleyici kirletici maddelerin varlığının sağlanması gerekir.